CN104134968B - 一种统一潮流控制器的保护方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种统一潮流控制器的保护方法及***，采用分区分层的方法，先根据换流器数量将统一潮流控制器按换流器进行分区；每个换流器区再按照交流保护区、换流阀保护区和直流极保护区进行分区保护；同时，换流阀区按换流阀层和阀元件层进行分层保护。保护***针对串联侧变压器串联接入线路的特点，在线路上增加一个电压互感器PT，使串联变压器一次绕组在该PT和原线路CT之间，将串联变压器线路侧绕组纳入到线路保护的范围之内，同时采用增加的线路PT作为线路保护用。该保护方法及***简单可靠，覆盖了UPFC设备的所有区域，并将UPFC自身保护与原有交流***保护配合，保护范围交叉，保证无保护死区，提高了整体***的动作可靠性。

Description

一种统一潮流控制器的保护方法及***
技术领域
本发明属于电力***中柔性输电领域，具体涉及一种统一潮流控制器的保护方法及***。
背景技术
随着大型电力***的互联以及各种新设备的使用，在使发电、输电更经济、更高效的同时也增加了电力***的规模和复杂度；再加上大量的分布式发电***接入电网，使传统的固定由输电网向配电网传送的潮流发生逆向；用户负荷的不断增长需要潮流控制手段提高现有的功率输送能力；正在蓬勃发展的智能电网和电力市场间复杂的功率交换需要频繁的潮流优化控制。
统一潮流控制器，又称UPFC(Unified Power Flow Controller),是目前为止通用性最好的潮流控制装置，最简单的UPFC由两个完全相同的电压源换流器通过直流公共端连接，可以看作是一台静止同步补偿器(STATCOM)和一台静止同步串联补偿器(SSSC)并联构成，仅通过改变控制规律，就能分别或同时并快速地实现并联补偿、串联补偿和移相等不同的控制功能，提高电力***的性能。
UPFC的基本结构如图1所示，图中，1为并联变压器，2为背靠背的电压源换流器，3为串联变压器，4为被控交流线路。UPFC包含并联侧换流器，串联侧换流器、并联侧变压器、串联侧变压器、并联侧变压器进线开关、串联侧变压器旁路开关等；其可以实现交流并网点电压或者无功功率控制、线路端电压控制、移相控制、阻抗控制、直接潮流控制等多目标协调控制；由于其结构相比其它柔性输电装置更复杂，需要详细可靠的保护策略来保证其设备及电力***的安全，提高统一潮流控制器的效率；对于采用不同拓扑换流器的UPFC，其保护策略也不一样。
目前，国内有开展对UPFC的接入对交流保护影响方面的研究，但还没有相关文献报导有关UPFC保护策略及保护功能配置。任贤的“统一潮流控制器及其对继电保护的影响”(华北电力大学硕士论文，2005，12)，主要研究了UPFC谐波对继电保护的影响，分析了对称与不对称故障条件下，UPFC对距离保护的影响，提出了减小UPFC对继电保护影响采取的相应调整策略和措施；张勇的“统一潮流控制器及其对距离保护的影响”(华北电力大学硕士论文，2005，1)，分析了稳态与故障条件下UPFC对线路距离保护阻抗元件的影响，通过离线仿真程序进行了UPFC对距离保护影响的仿真研究，提出了距离保护应该采取的相应调整策略和方法。
汪如喜等人的“含统一潮流控制器线路的自适应距离保护研究”(电工电气，2011，8，18～22)，通过分析故障状态下UPFC对测量阻抗的影响，提出了接地短路的自适应保护和相间短路自适应保护两种解决方案，克服了在含UPFC装置的后端线路发生线路故障时传统距离保护可能拒动的影响，使得距离保护能正确反映各短路故障。
上述文献的分析仅考虑了UPFC对线路距离保护的影响，没有考虑对其它比如线路差动保护及方向元件等的影响，没有涉及UPFC自身设备的保护、以及原有交流***的保护与UPFC自身保护的配合；上述文献在分析UPFC对距离保护影响时，将UPFC的并联侧考虑成并联接到线路上，这样会使得UPFC对线路保护的影响变得复杂，而实际工程应用时，考虑到其接线的方便及合理性，会将并联侧接至交流线路的母线上，作为交流母线的一个分支，其对交流保护的影响会更小、且控制效果一样；另一方面，上述文献在UPFC接入后保持原保护的采样点不变，这样也会使得保护的定值整定变得复杂，不适合工程应用，需要对保护采样点进行优化。
为了充分发挥统一潮流控制器潮流优化的特点，保护其设备及电力***的安全，推动统一潮流控制器应用的快速发展，需要一种更可靠、对交流保护影响更小、更适合工程应用的统一潮流控制器保护方法及***。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种统一潮流控制器的保护配置方法及***,简单实用，可靠性高，能够保护统一潮流控制器主设备及电力***的安全，同时能够减小统一潮流控制器的接入对原有交流***保护的影响，适合于工程应用。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种统一潮流控制器的保护方法，该保护方法根据换流器数量对并联侧换流器和串联侧换流器分区进行保护；所述的并联侧换流器保护区和串联侧换流器保护区按照交流保护区、换流阀保护区和直流极保护区分区进行保护；所述换流阀保护区按换流阀层和阀单元层进行分层保护；
上述的统一潮流控制器的保护方法，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述换流阀区保护按子模块层、桥臂阀层和换流阀层进行分层保护。
一种统一潮流控制器的保护***，该保护***由N个换流器保护子***构成，N等于统一潮流控制器的换流器总个数，N为自然数，且N大于1；所述换流器保护子***包括并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***两类；
上述的统一潮流控制器的保护***，其并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***均包括交流区保护单元、换流阀区保护单元和直流极区保护单元；所述换流阀区保护单元包括换流阀层保护子单元和换流阀单元层保护子单元；
上述的统一潮流控制器的保护***，在串联变压器串联接入的线路上增加配置一个电压互感器PT，使串联变压器的线路侧绕组在该PT和原线路电流互感器CT之间；
上述的统一潮流控制器的保护***，将所述的新增加的线路上的电压互感器PT作为原交流***线路保护模块采样所使用的PT；通过所述交流线路保护的模块，保护原线路以及串入线路的变压器线路侧绕组部分；保持原交流***母线保护模块的保护范围不变，与原交流***线路保护模块的保护范围交叉，保证交流线路区域无保护死区。
上述的统一潮流控制器的保护***，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述换流阀区保护单元包括子模块层保护子单元、桥臂阀层保护子单元和换流阀层保护子单元；
上述的并联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括但不限于：交流电压异常保护模块、交流***频率异常保护模块和并联变压器保护子单元；
上述的并联侧换流器保护子***的换流阀区保护单元包括但不限于：换流器交流母线差动保护模块、换流器过流保护模块、换流电抗器差动保护模块和阀差动保护模块；
上述的并联侧换流器保护子***的直流极区保护单元包括但不限于：直流电压异常保护模块和直流欠压过流保护模块。
上述的串联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括但不限于：线路电压异常保护模块和串联变压器保护子单元；
上述的串联侧换流器保护子***的换流阀区保护单元包括但不限于：换流器交流母线差动保护模块、换流器过流保护模块、换流电抗器差动保护模块、阀差动保护模块；
上述的串联侧换流器保护子***的直流极区保护单元包括但不限于：直流电压异常保护模块和直流欠压过流保护模块。
上述保护***适用于UPFC并联侧部分接至交流***母线的结构。
采用上述方案后，本发明统一潮流控制器的保护方法及***能够保护统一潮流控制器主设备及电力***的安全，更好的发挥统一潮流控制器优化***潮流的优势；其方法简单可靠，覆盖了统一潮流控制器设备的所有区域，并将统一潮流控制器自身保护与原有交流***保护相互配合，保护范围交叉，保证无保护死区，适合工程应用。统一潮流控制器是一种复合型、多控制目标的柔***流输电设备，其结构复杂，本发明从实际工程应用的合理性角度考虑，并联侧***实际会并接至线路的母线上，而不是直接并接在线路上，这样减小了UPFC接入对线路保护的影响；并通过将其进行分区分层控制，使得其保护配置更清晰、简单；另外，本发明通过在线路上增加配置一个电压测量点，减小了统一潮流控制器的接入对原有交流***保护造成的影响。本发明同样适用于静止同步串联补偿器(SSSC)、线间潮流控制器(IPFC)以及CSC(可变换静止补偿器)的保护配置。
附图说明
图1是统一潮流控制器的基本结构等效图；
图2是优化并联侧接线方式后的统一潮流控制器基本结构等效图；
图3是本发明中统一潮流控制器保护分区配置的结构图；
图4是本发明中统一潮流控制器与原交流***保护相配合的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
统一潮流控制器的基本结构等效图如图1所示，1为并联变压器、2为电压源换流器、3为串联变压器、4为交流线路等值电抗。按图1所示结构，不利于工程应用时并联侧的接线，且这种接法对交流线路保护的影响比较大；为便于工程应用，可以将统一潮流控制器的并联侧接入交流母线，减小对线路保护的影响，如图2所示，该结构与图1所示结构等效，控制效果一样。
本发明基于图2所示结构，提供一种统一潮流控制器的保护方法及***，如图3所示，将统一潮流控制器先分区、再分层分区进行保护，该配置方法覆盖了UPFC设备的所有区域，同时与原有交流保护相互配合，保护范围交叉，保证无保护死区。
一种统一潮流控制器的保护方法，该保护方法根据换流器数量对并联侧换流器和串联侧换流器分区进行保护；所述的并联侧换流器保护区按照交流保护区1、换流阀保护区2和直流极保护区3分区进行保护；所述的串联侧换流器保护区按照交流保护区4、换流阀保护区5和直流极保护区6分区进行保护；所述并联侧换流阀区保护2、和串联侧换流阀区保护5均按换流阀层和阀单元层进行分层保护；
前述的统一潮流控制器的保护方法，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述并联侧换流阀区保护2、和串联侧换流阀区保护5均按子模块层、桥臂阀层和换流阀层进行分层保护。
一种统一潮流控制器的保护***，该保护***由N个换流器保护子***构成，N等于统一潮流控制器的换流器总个数，N为自然数，且N大于1；所述换流器保护子***包括并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***两类；
前述的统一潮流控制器的保护***，其并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***均包括交流区保护单元、换流阀区保护单元和直流极区保护单元；所述换流阀区保护单元包括换流阀层保护子单元和换流阀单元层保护子单元；
如图4所示，前述的统一潮流控制器的保护***，在串联变压器串联接入的线路上增加配置一个电压互感器3，使串联变压器的线路侧绕组在该电压互感器3和原线路电流互感器1之间，；2为母线上安装的电压互感器，为原线路保护模块采样所使用；
前述的统一潮流控制器的保护***，将所述的新增加的线路上的电压互感器3作为原交流***线路保护模块采样所使用的电压互感器；通过所述交流线路保护的模块，保护原线路以及串入线路的变压器线路侧绕组部分；保持原交流***母线保护模块的保护范围不变，与原交流***线路保护模块的保护范围交叉，保证交流线路区域无保护死区。
前述的统一潮流控制器的保护***，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述换流阀区保护单元包括子模块层保护子单元、桥臂阀层保护子单元和换流阀层保护子单元；
前述的并联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括但不限于：交流电压异常保护模块、交流***频率异常保护模块和并联变压器保护子单元；
前述的并联侧换流器保护子***的换流阀区保护单元包括但不限于：换流器交流母线差动保护模块、换流器过流保护模块、换流电抗器差动保护模块和阀差动保护模块；
前述的并联侧换流器保护子***的直流极区保护单元包括但不限于：直流电压异常保护模块和直流欠压过流保护模块。
前述的串联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括但不限于：线路电压异常保护模块和串联变压器保护子单元；
前述的串联侧换流器保护子***的换流阀区保护单元包括但不限于：换流器交流母线差动保护模块、换流器过流保护模块、换流电抗器差动保护模块、阀差动保护模块；
前述的串联侧换流器保护子***的直流极区保护单元包括但不限于：直流电压异常保护模块和直流欠压过流保护模块。
本发明以适用于统一潮流控制器的一些基本保护功能为例来介绍实施方案，但本发明的保护方法及***不限于上述保护功能，对于包含其它的保护功能或者不采用上述部分保护功能的统一潮流控制器、静止同步串联补偿器、线间潮流控制器以及可变换静止补偿器的保护方法及***都适用。任何牵涉到采用按换流器进行分区、再进行分层分区的统一潮流控制器保护方法及***都属于本发明范围之内。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述保护***由N个换流器保护子***构成，N等于统一潮流控制器的换流器总个数，N为自然数，且N大于1；所述换流器保护子***包括并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***两类；
所述保护***还包括在串联变压器串联接入的线路上增加配置一个电压互感器PT，使串联变压器的线路侧绕组在该PT和原线路电流互感器CT之间；
所述保护***将所述的新增加的线路上的电压互感器PT作为原交流***线路保护模块采样所使用的PT；通过所述原交流***线路保护模块，保护原线路以及串入线路的变压器线路侧绕组部分；保持原交流***母线保护模块的保护范围不变，与原交流***线路保护模块的保护范围交叉，保证交流线路区域无保护死区。
2.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***均包括交流区保护单元、换流阀区保护单元和直流极区保护单元；所述换流阀区保护单元包括换流阀层保护子单元和换流阀单元层保护子单元。
3.如权利要求2所述的一种统一潮流控制器的保护***，其特征在于，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述换流阀区保护单元包括子模块层保护子单元、桥臂阀层保护子单元和换流阀层保护子单元。
4.如权利要求2所述的统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述并联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括：交流电压异常保护模块、交流***频率异常保护模块和并联变压器保护子单元。
5.如权利要求2所述的统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述并联侧或串联侧换流器保护子***的换流阀区保护单元包括：换流器交流母线差动保护模块、换流器过流保护模块、换流电抗器差动保护模块和阀差动保护模块。
6.如权利要求2所述的统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述并联侧或串联侧换流器保护子***的直流极区保护单元包括：直流电压异常保护模块和直流欠压过流保护模块。
7.如权利要求2所述的统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述串联侧换流器保护子***的交流区保护单元包括：线路电压异常保护模块和串联变压器保护子单元。
8.如权利要求1所述的一种统一潮流控制器的保护***，其特征在于，所述保护***适用于UPFC并联侧部分接至交流***母线的结构。
9.一种统一潮流控制器的保护方法，其特征在于，所述方法基于的保护***由N个换流器保护子***构成，N等于统一潮流控制器的换流器总个数，N为自然数，且N大于1；所述换流器保护子***包括并联侧换流器保护子***和串联侧换流器保护子***两类；
所述保护***还包括在串联变压器串联接入的线路上增加配置一个电压互感器PT，使串联变压器的线路侧绕组在该PT和原线路电流互感器CT之间；
所述保护***将所述的新增加的线路上的电压互感器PT作为原交流***线路保护模块采样所使用的PT；通过所述原交流***线路保护模块，保护原线路以及串入线路的变压器线路侧绕组部分；保持原交流***母线保护模块的保护范围不变，与原交流***线路保护模块的保护范围交叉，保证交流线路区域无保护死区；
所述方法根据换流器数量对并联侧换流器和串联侧换流器分区进行保护；所述的并联侧换流器保护区和串联侧换流器保护区按照交流保护区、换流阀保护区和直流极保护区分区进行保护；所述换流阀保护区按换流阀层和阀单元层进行分层保护。
10.如权利要求9所述的统一潮流控制器的保护方法，其特征在于，对于采用模块化多电平结构换流器的统一潮流控制器，所述换流阀保护区按子模块层、桥臂阀层和换流阀层进行分层保护。
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